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Geophysik SS10 1. Versuchsprotokoll zum ersten Praktikumsversuch: Hammerschlagseismik Ibrahim Irmak, Jakob Krupke, Natalja Becker Versuchsprotokoll zum ersten Praktikumsversuch: Hammerschlagseismik Motivation: Um strukturelle Aussagen über die Beschaffenheit des Untergrundes aber auch bestimmte geologische Barrieren und deren Mächtigkeiten, Homogenitäten, respektive Heterogenitäten machen zu können, als auch die Erkundung von Störungszonen und die Erschließung von neuen Lagerstätten und Rohstoffvorkommen sind Beweggründe dafür, seismische Explorationen durchzuführen. Die daraus gewonnenen seismischen Geschwindigkeiten liefern Informationen darüber, wie der Untergrund ( physikalisch ) beschaffen ist. 1. Physikalische Grundlagen Beim ebenen, zwei Schichtenfall wird mit verschiedenen Wellentypen gearbeitet, die hier kurz erläutert werden. Eine dieser Wellentypen ist die direkte Welle. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass sie direkt an der Erdoberfläche nach dem ein Schuss losgelassen oder mit einem Hammer auf eine Stahlplatte geschlagen wurde, von der Quelle zum Empfänger läuft. Diese breitet sich auf dem kürzesten Weg von der Quelle zum Empfänger aus.
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• Click on download to get complete and readable text • This is a free of charge document sharing network • First upload your own document, and you get a word document per email • No registration necessary, gratis Swap homeworks and notes at no charge! Gratis scripts for students and pupils! Im Laufzeitdiagramm sind diese Wellen als hyperbolische Äste zu sehen. Der Wellentyp, der für die Refraktionsseismik von Bedeutung ist, ist die Kopfwellen. Die Ausbreitung der Kopfwelle findet an Schichtgrenzen statt, an denen die Gesteinsschichten durch Ihre unterschiedlichen Wellenimpedanzen charakterisiert sind, die auf die unterschiedlichen seismischen Geschwindigkeiten und Dichten der Schichtpakete zurückzuführen sind. Die P-Wellengeschwindigkeiten der direkten und refraktierten Welle werden aus einem Seismogramm durch die Bildung eines Steigungsdreiecks (für die direkte Welle) und mit (für die Kopfwelle) ermittelt. Die Laufzeitformel für die direkte Welle ist durch die Gleichung gegeben. Grenzwertbetrachtungen führen dazu (für sehr große Entfernungen x gegenüber der Tiefe h), dass der Term sich zu vereinfacht. Die Laufzeitformel für die Kopfwelle ist durch gegeben. Für die reflektierte Welle ist die Laufzeit ähnlich der Kopfwelle, nur das hier keine Winkelabhängigkeit zu beachten ist (). Refraktierte Wellen treten erst bei einer kritischen Entfernung auf und werden im Seismogramm mittels der Geophone nach der Überholdistanz sichtbar.
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• Click on download to get complete and readable text • This is a free of charge document sharing network • First upload your own document, and you get a word document per email • No registration necessary, gratis Swap homeworks and notes at no charge! Gratis scripts for students and pupils! Die Überholentfernung gibt an, ab welcher Entfernung die schnelleren refraktierten Wellen die langsameren direkten Wellen „überholen“. 2. Versuchsbeschreibung und -durchführung
Die angeschlossenen Geophone bestanden wiederum aus jeweils drei einzelnen Geophonen, welche parallel geschalten zu je einem Anschluss am Messkabel angeschlossen waren (Ausfallsicherheit). Bei den Geophonen handelte es sich um einfache 1-Komponenten-Emfänger zur Aufzeichnung vertikaler Bodenbewegungen. Als künstliche Quelle wurde ein 10kg Vorschlagshammer genutzt. Der Hammer wurde auf eine eiserne Kontaktplatte aufgeschlagen. Über ein am Hammer befestigten Erschütterungssensor wurde die Messung für eine Dauer von 0.2 s gestartet. Das dadurch in den Boden induzierte elastische Wellenfeld wurde von den Geophonen registriert und an die Aufzeichungseinheit gesendet. Die Schläge auf die Platte wurden 10mal wiederholt und die registrierten Daten „gestapelt“ um das Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern. Beim Messvorgang selbst war zu beachten, dass das Noiselevel möglichst gering ist.
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Wie oben schon angedeutet, lässt sich nun mit Hilfe der direkten Welle die P-Wellen Geschwindigkeit in der obersten Schicht ermitteln indem man ein Steigungsdreieck an die ermittelte Gerade anlegt und somit den Wert berechnet, wie das im Folgenden durchgeführt wurde: E-W-Profil (Schuss von Westen): E-W-Profil (Schuss von Osten): ð Mittelwert für das E-W-Profil: N-S-Profil (Schuss von Norden): N-S-Profil (Schuss von Süden):
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Schicht: Dabei kommt man auf folgendes Ergebnis: E-W-Profil (Schuss von Westen): E-W-Profil (Schuss von Osten): ð Mittelwert für das E-W-Profil: N-S-Profil (Schuss von Norden): N-S-Profil (Schuss von Süden): ð Mittelwert für das N-S-Profil: Es ergibt sich in der zweiten Schicht also eine mittlere P-Wellen-Geschwindigkeit von etwa 1977,5 m/s. Bei der Auswertung hatten wir zudem noch eine zweite Kopfwelle entdeckt. Diese lässt sich wohl auf eine weitere Schichtgrenze zurückführen. Darauf wird aber hier nicht weiter eingegangen. c) kritischer Winkel:
Die Kopfwelle hat an der Grenzfläche der beiden Schichten den Winkel. Zudem sind die beiden Geschwindigkeiten aus obiger Rechnung bekannt:
ð 11,0°
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